[发明专利]一种动力涡轮轴结构强度可靠性设计方法

摘要

本发明涉及一种动力涡轮轴结构强度可靠性设计方法，确定动力涡轮轴结构的初始方案，确定结构的几何形状；获取结构的确定性载荷，进行详细的三维应力/应变分析，将确定性设计准则作为优化约束条件，若不满足，则返回设计支持；分析影响动力涡轮轴结构的随机因素及其分布特征，确定易失效考核部位，计算获得考核部位的强度可靠性，结合强度概率准则，对强度可靠性分析结果进行评估，如强度可靠性结果不满足准则要求，则返回；对动力涡轮轴所有轴承承力点处的最大应力风险水平进行组合风险评估，计算动力涡轮轴结构的整体失效概率；判断是否满足各项技术指标要求，如不满足，转入设计支持，对尺寸或材料进行修改；循环执行整个过程。

主权项

1.一种动力涡轮轴结构强度可靠性设计方法，其特征在于：实现步骤如下：(1)依据传统强度分析方法设计确定动力涡轮轴结构的初始方案，同时确定动力涡轮轴结构的几何形状，根据所选材料计算得到在初始方案下的动力涡轮轴重量，完成动力涡轮轴结构初始方案设计，为后面的设计决策提供数据依据；(2)针对动力涡轮轴选取的材料，通过材料性能试验或材料数据手册，获取该材料必须的材料属性，所述必须的材料属性包括弹性模量、泊松比和疲劳寿命；通过传热分析或实际测量，获取动力涡轮轴结构的温度谱；通过外场发动机工作数据统计，获得发动机的转速谱，然后结合温度谱和转速谱这两种载荷谱获取动力涡轮轴结构工作时最危险的温度场和离心载荷，得到动力涡轮轴结构三维应力和应变分析所需的确定性载荷；以动力涡轮轴的初始方案设计为基础，以选取的材料数量和确定性载荷为输入条件，进行动力涡轮轴结构的三维应力和应变分析，得到动力涡轮轴结构的应变、应力和位移的分布场；将动力涡轮轴结构的确定性设计准则作为优化约束条件，依据确定性设计准则中对动力涡轮轴结构的各考核部位的应力、应变、由位移得到的变形量指标值的具体要求，判断应力、应变、变形量是否满足；若不满足动力涡轮轴结构的确定性设计准则要求，则返回设计支持，即以分析结果作为支持查找原因，修改动力涡轮轴结构的几何形状，直到满足动力涡轮轴结构的确定性设计准则为止，完成确定性详细设计；(3)动力涡轮轴上有若干个轴承即有若干个承力点，在确定性详细设计的基础上，确定影响动力涡轮轴结构的几何、载荷、材料的随机因素及分布特征，建立多个承力点的应力模型；对多个承力点的应力模型进行抽样计算并得到各承力点处的应力分布，进一步计算各承力点处的可靠性；针对强度概率准则中对各承力点的具体要求，对强度可靠性分析结果进行评估；如果结构可靠性结果不满足强度概率准则要求，则返回设计支持，即以分析结果作为支持查找原因，修改动力涡轮轴结构的几何形状；完成多承力点的强度可靠性分析结果；(4)基于多承力点的强度可靠性分析结果，对各承力点中的各个失效风险水平进行基于强度可靠性的组合风险评估，计算动力涡轮轴结构的整体失效概率；(5)依据步骤(1)中动力涡轮轴结构设计的初始方案的重量，结合步骤(4)组合风险评估确定的整体失效概率的结果进行设计决策；若强度可靠性技术指标满足要求，则完成设计；否则转入返回设计支持，即以分析结果作为支持查找原因，返回初始动力涡轮轴结构方案，对尺寸或材料进行修改；再次重复步骤(2)至(5)，如此反复进行直到满足要求。